Обяснен процес на метален 3D печат SLM

SLM е усъвършенствана технология за 3D отпечатване на метал, която използва високо-енергиен лазерен лъч за разтопяване и втвърдяване на метален прах слой по слой, което позволява прецизно производство на метални части. Тази технология предлага предимства като висока прецизност, висока якост и висока издръжливост, което я прави особено подходяща за производство на метални части със сложна геометрия. В сравнение с традиционните методи за обработка на метал (като леене, коване и механична обработка), SLM попада в категорията на адитивното производство. Той не изисква форми или режещи инструменти и може да "отглежда" твърди части директно от 3D цифров модел, като значително съкращава цикъла на разработване на продукта от дизайна до производството. Той е особено-подходящ за малки-сериди, много-разнообразно производство на части със сложни структури.

компютърно управление, след което сканира металния прах слой по слой според предварително зададен път на 3D модел. Топлината от лазерния лъч разтапя праха, който след това бързо се охлажда и втвърдява, образувайки един след друг метални слоеве. Чрез натрупване-по-слой в крайна сметка се произвежда цялостна метална част.

По-конкретно, целият процес на формоване обикновено се извършва в запечатана камера, пълна с инертен газ (като азот или аргон), за да се предотврати окисляването на металния прах при високи температури и да се гарантира качество на формоването. След като всеки слой бъде сканиран, строителната платформа се спуска с една дебелина на слоя (обикновено 20–50 микрона) и механизмът-разпръскващ прах след това разпръсква нов слой прах върху вече-формирания слой. След това лазерът отново сканира напречния-контур на този слой. Този цикъл се повтаря, докато завърши цялата част. След формоването частта трябва да премине през допълнителни стъпки на последваща -обработка, като отстраняване на праха, отстраняване на опората, термична обработка и обработка на повърхността, преди да се превърне в крайна част за доставка.

Висока прецизност: SLM може да постигне прецизност на печат на микронно- ниво, като гарантира, че размерите и формата на частта съответстват точно на изискванията за проектиране - особено подходящи за сложни характеристики като вътрешни канали за поток и решетъчни структури, които са трудни за обработка с традиционни методи.

Висока якост и издръжливост: Тъй като металният прах е напълно разтопен и бързо охладен по време на процеса на лазерно топене, частите, направени от SLM, имат отлични механични свойства и издръжливост, като плътността достига над 99% - в някои показатели за ефективност, дори надминавайки традиционните изковки.

Разнообразие от материали: SLM е приложим за широка гама от метални материали, включително неръждаема стомана, суперсплави на-базирана на никел, титанови сплави, сплави с кобалт-хром, алуминиеви сплави с висока-якост и благородни метали, като предлага широки възможности за приложения в различни области.

Висока свобода на проектиране: Благодарение на производствения принцип-по-слой, SLM позволява топологично-оптимизирани дизайни, леки решетъчни структури и интегрирани-компоненти от една част, които традиционните процеси не могат да постигнат, като ефективно намалява броя на частите и стъпките на сглобяване.

Високо използване на материала: Неразтопеният метален прах може да бъде възстановен, пресят и използван повторно, което значително намалява отпадъците от суровини в сравнение с традиционната субтрактивна обработка.

Технологията SLM се използва широко в множество области, включително, но не само:

Космонавтика: SLM може да произвежда сложни компоненти на авиационни двигатели и части за космически кораби, отговаряйки на търсенето на космическата индустрия за високо-производителни, леки компоненти - като турбинни перки, горивни дюзи и структурни скоби.

Производство на автомобили: В автомобилната индустрия SLM може да се използва за производство на леки автомобилни части, като опори на двигателя и зъбни колела на трансмисията, което спомага за подобряване на горивната ефективност и производителност. Също така се използва широко в състезателната индустрия за разработване на персонализирани части.

Биомедицина: В областта на биомедицината SLM може да произвежда медицински изделия като изкуствени стави и зъбни импланти, предоставяйки на пациентите персонализирани решения за лечение. Дизайнът на неговата пореста структура също спомага за насърчаване на растежа и интеграцията на костната тъкан.

Производство на матрици: SLM може да се използва за производство на шприцформи с конформни охлаждащи канали, което значително подобрява ефективността на охлаждане на матрицата, съкращава циклите на леене под налягане и подобрява добива на продукта.

Промишлено оборудване и електронно разсейване на топлината: В области като комуникационно оборудване и прецизни електронни радиатори, SLM може също да се използва за производство на функционални части със сложни охлаждащи структури, подобрявайки ефективността на разсейване на топлината и структурната интеграция.

Развитието на технологията SLM може да се проследи назад до 80-те години на миналия век. По това време американската компания 3D Systems пусна първото комерсиално SLM оборудване, отбелязвайки официалното раждане на SLM технологията. Тъй като технологията продължаваше да се развива и подобрява, производителността на SLM оборудването непрекъснато напредваше, със значителни подобрения в скоростта на печат, прецизността и надеждността. В същото време обхватът на приложение на технологията SLM непрекъснато се разширява - от първоначалния си фокус върху космическата промишленост до автомобилното производство, биомедицината и много други области.

Навлизайки в 21-ви век, със съзряването на компютърно-проектирането, алгоритмите за оптимизиране на топологията и високо-мощната лазерна технология, SLM оборудването постепенно постигна много-лазерно съвместно сканиране, по-големи обеми на изграждане и по-интелигентни системи за наблюдение на процеси. Производствената ефективност и размерът на конструкцията се повишиха значително, тласкайки производството на метални добавки от лабораторни изследвания към-промишлено приложение.

С поглед напред, докато SLM технологията продължава да се развива и обновява, се очакват пробиви в следните области:

Подобряване на скоростта и ефективността на печат: Чрез оптимизиране на пътищата за лазерно сканиране и методите-за разпръскване на прах се очакват допълнителни подобрения в скоростта на печат и ефективността на SLM технологията.

Разширяване на обхвата на приложение: Тъй като науката за материалите продължава да напредва и се появяват нови материали, технологията SLM ще може да обслужва още по-широка гама от области, отговаряйки на по-разнообразни нужди.

Намаляване на разходите: Тъй като SLM технологията става все по-широко разпространена и пазарната конкуренция се засилва, цената на оборудването и материалите се очаква постепенно да намалява, което прави тази модерна технология по-достъпна за повече компании и физически лица.

Интегриране на интелигентност и дигитализация: Комбинирането на алгоритми за изкуствен интелект за оптимизиране на адаптивни параметри на процеса, заедно със системи за-наблюдение в реално време за състояние на стопилката и откриване на дефекти с онлайн регулиране на обратната връзка, ще подобри стабилността и последователността на процеса на формоване.

Развитие на стандартизация и система за качество: Със задълбочаване на индустриалните приложения стандартите за инспекция и системите за сертифициране на SLM части ще продължат да се усъвършенстват - особено в области с висока-надеждност като аерокосмическата промишленост и медицината -, изтласквайки технологията от „използваема“ към „надеждна“.

Въпреки значителните си предимства, SLM технологията все още е изправена пред няколко предизвикателства при практическото приложение. Първият е проблемът с остатъчното напрежение: поради бързото нагряване и охлаждане, присъщи на образуването на слой-по-слой, частите са податливи на значително вътрешно топлинно напрежение, което може да доведе до деформация или дори напукване. В резултат на това за облекчаване на напрежението често се изисква разумен дизайн на носеща конструкция и термична обработка след -процеса. Второто е грапавостта на повърхността: SLM{6}}формованите части обикновено проявяват известна степен на стъпаловиден-ефект и адхезия на прах, така че повърхностите, изискващи прецизно пасване, често все още се нуждаят от механична обработка или полиране като последваща-обработка. Освен това разходите за оборудване и материали остават относително високи и процесът е по-икономичен за производство на малки-серии, единични-парки, отколкото за масово производство. Компаниите, които обмислят този процес, трябва да оценят цялостно сложността на частите, размера на партидата и изискванията за производителност.

Освен SLM, други обичайни технологии за производство на метални добавки включват електронен лъчев топене (EBM) и директно метално лазерно синтероване (DMLS). EBM използва електронен лъч като източник на топлина и формира части във вакуумна среда, което го прави подходящ за чувствителни към кислород-материали като титанови сплави, с относително по-ниско остатъчно напрежение -, въпреки че разходите за оборудване са по-високи и качеството на повърхността обикновено е по-грубо. DMLS е подобен по принцип на SLM, като и двата използват лазер за стопяване на метален прах и двете често се считат за подобни технологии; основните разлики са в конвенциите за именуване на производителя и някои детайли на процеса. Като цяло, благодарение на своята относително висока прецизност на формоване и сравнително зряла верига за доставки, SLM остава един от най-широко прилаганите процеси в областта на производството на метални добавки.